2006年的仲夏夜,在安徽的一个小村落里,一个少年躺在爷爷家竹林前的躺椅上,认真地观察着落在手臂上的几只尾部闪着微光的萤火虫。
20年后,在北京中关村国家自主示范区的一间地下室中,当灯光熄灭的瞬间,矮牵牛、向日葵 泛起莹莹摇曳的柔光,如银河繁星坠落人间,仿若电影《阿凡达》中潘多拉星球上的奇幻世界。
532次实验迭代,基因编辑成功"追光"
△ 中关村国家自主示范区地下室里的发光植物。
在2026中关村论坛上展示的这些神奇的发光植物,是最新的基因编辑与合成生物学的硬核成果,它们来自当年那个在爷爷家纳凉的懵懂少年、如今的中国农业大学作物遗传育种博士李仁汉的“追光者”创业团队。
“我们给植物装了一套内源发光代谢系统。”李仁汉说。 2023年,当时只有26岁、还在读博士的李仁汉在安徽合肥科大硅谷注册了一家名为“神笔生物”的公司,开启了创业之路,专注研发高亮度自发光植物。历经532次实验迭代,李仁汉的团队 打破了国外技术垄断,通过合成生物技术的“神笔”,从发光蘑菇、萤火虫中提取完整发光基因通路,再通过基因编辑精准“写入”植物基因组,成功培育出国内首株高亮度、性状稳定的自发光植物,让植物拥有了如萤火虫般的自主发光能力——植物利用自身光合作用产生的咖啡酸等底物,经荧光素酶催化,持续发出冷光,无需外源底物、无需外接电源。
相较于传统技术,李仁汉团队构建了以"双基因(TAL酪氨酸途径)通路专利"为核心的自主技术体系,实现了发光效率的量级突破。该技术仅需双基因调控即可合成发光底物,底物转化效率达传统技术的30倍以上;同时通过抗降解小肽修饰,将发光酶半衰期从48小时延长至168小时,配合人工定向进化的高活性酶突变体,让植物在弱光环境下也能实现肉眼清晰可见的稳定发光。
目前,这一技术已成功应用于向日葵、牡丹菊、矮牵牛等20余种植物,搭建起从实验室研发到规模化量产的完整技术体系,完成了从"技术突破"到"产品落地"的关键跨越。
荧入郊野,7000㎡温室的低碳夜光新图景
△ 在灯光下的发光植物。
今年七八月份,这些自发光植物将正式扎根北京市海淀区东升镇的八家郊野公园,以生物之光勾勒城市生态新图景,这也是合成生物学技术在国内城市景观领域的规模化落地实践。
东升镇计划以郊野公园7000平方米温室大棚为主体展示区,集中亮相流萤树、矮牵牛、蒲公英、向日葵等已研发成功的发光植物品种,未来还将逐步落地乔木科发光植物,未来逐步引入乔木,打造草本—花卉—乔木多层次夜光森林。值得一提的是,生物冷光无热、无电、无光污染,替代传统亮化,可大幅降低能耗与维护成本。
今年夏天,当夜幕降临后,点点荧光将与湖面碧波、林间绿意、水禽栖息相映成趣,勾勒出“日赏生态,夜观荧光”的双重体验。“我们想让科学走出实验室,让孩子亲眼看见基因的力量。”李仁汉说:“让他们从小就理解,科技不是冰冷的,而是能点亮生活、治愈心灵的自然之光。”
记者了解到,作为城市夜游的一次生态革新探索,这一计划也得到了北京市科学技术委员会的支持,相关项目已获500万元资金扶持,为场景落地注入强劲动能。
不止浪漫,更是合成生物学的美好未来
△ 相关负责人在介绍发光植物的市场前景。
自发光植物的意义,绝不仅仅是一场视觉盛宴,更是合成生物学赋能城市绿色低碳发展的生动实践。
与传统电力照明不同,植物发光仅需阳光和水,依靠自身代谢实现持续发光,是纯粹的生物能源。李仁汉对《中国报道》记者表示,发光是最直观的应用出口,背后是一套可复用的植物代谢调控平台。团队正进一步攻关技术,未来将实现发光颜色的多元化突破,从当前的月光白拓展至五彩缤纷的荧光,同时持续提升亮度,目前亮度已满足庭院、步道、室内小夜灯等场景,未来有望成为低碳城市照明的重要补充,发光植物可走进高端酒店替代电子夜灯、融入景区打造“荧光山谷”沉浸式夜游、成为点缀日常生活的“活体艺术品”,为夜间经济发展注入新活力。
技术进一步成熟后,还可拓展至作物逆境监测(遇病虫害发光预警)、污染指示植物(重金属超标变色发光)、药用成分合成等领域 。
更深远的意义在于,这一技术验证了植物合成生物学的产业化潜力,为农业创新、生物制造等领域提供了新思路——相较于动物模型,植物基因编辑具有伦理争议少、实验操作简单、再生能力强等优势,未来有望在作物改良、药用生物分子生产等领域发挥更大价值。
从实验室里的莹莹绿光,到城市公园的星光闪烁,合成生物学正以温柔的方式重构人与自然、科技与生活的关系。这场始于基因编辑的"追光之旅",不仅让《阿凡达》电影中的奇妙幻境映进现实,更勾勒出科技赋能生态、绿色点亮未来的城市发展新图景。
撰文/摄影:《中国报道》记者 王哲
责编:王焱
编审: 张利娟